下了一千万年的雨！在40亿年前的地球上，海洋从何而来？

45亿年前，地球的起步并不顺利。

那时它刚刚与另一颗火星大小的早期行星发生了灾难性的碰撞，这次撞击让两颗行星都熔化了，并甩出了相当大的一团熔岩，这团熔岩冷却后形成了我们的月球。

这次撞击拉开了"冥古宙"的序幕——这个名字取自希腊神话中的冥王哈迪斯，恰如其分地描绘了当时地球那种地狱般的氛围：行星表面温度高达约2000摄氏度，大气中甚至含有被汽化的岩石气体。

但随着地球和月球逐渐冷却，一种新的物质开始出现在地球表面——液态水。

表面上看，这似乎稀松平常：毕竟地球71%的表面被水覆盖，总量估计达366万亿加仑。然而问题在于，我们本不该拥有这些水。地球形成的位置距离太阳太近，水星、金星和火星都极度缺水，那么我们的水究竟从哪里来？

又为何会有这么多？答案复杂且仍有争议，但目前认为，地球的水来自几个意想不到的来源：陨石、太空尘埃，甚至太阳本身。

水在太阳系中其实并不罕见，只是大多存在于更远的地方。例如，木星的卫星木卫二（Europa）只有地球四分之一大，却拥有相当于地球两倍的水量，这与它形成于距离太阳更远的位置有关。

因为在太阳系诞生之初，所有物质都来自同一片星云——一颗爆炸恒星遗留下的尘埃。这些星尘在碰撞和坍缩中形成了太阳，而年轻太阳的引力让其余尘埃围绕其旋转，形成了一个扁平盘状的"原行星盘"。

然而早期的太阳非常炽热，这个尘埃盘很快开始发生分化。太阳风和磁风将较轻的气体吹离太阳，留下的大多是铁、硅等较重的元素——这正是地球成为岩质行星的原因。

在我们这一区段的尘埃盘里，含有大量的铁与硅，以及部分制造水的原料，但并不完整。水由氢和氧组成，氧较重，所以地球留下了很多：虽然氧只占大气的21%，但由于它极易与硅和铁结合，氧实际上是地球上最常见的元素。

但氢非常轻，大部分被吹到了木星、土星等外侧行星，这些星球因此拥有大量水冰。

那么，我们缺失的氢从哪里来？简单的答案是：被"砸"进来的。

外太阳系中有大量水冰和氢，有时它们会以太空岩石——小行星和陨石——的形式向内太阳系运动。有一类特殊的陨石叫作"球粒陨石"（chondrite），其中就富含水。

但这里的"富含水"并非像椰子那样可以敲开喝到液态星际水，而是指游离的氢原子以及完整的H₂O分子已经成为构成陨石矿物化学结构的一部分，比如蛇纹石、绿泥石和蒙脱石，这些矿物把水紧紧锁住。

这也是地球今天储存水的主要方式：虽然我们有大量液态水，但据估算，地球岩石中蕴藏的水大约是海洋水量的18倍。

要把水从这些矿物中释放出来，最简单的方法就是熔化它们。但这并不是把含水矿物砸向地球就能做到的——今天撞击地球的球粒陨石大多并没有熔化。

但如果它们在冥古宙时期撞上地球，情况就完全不同。那时地球表面任何坠落的物体都会直接熔入岩浆海洋，其中的氢与氧结合，生成的水被加热成气体。

由于水蒸气比岩浆轻，便会冒出进入大气。但这一过程是一场与时间的赛跑：岩浆表面不断冷却，一旦固态岩壳形成，水就再也无法逸出。

目前发现的最古老岩石年龄约为44亿年，大致就是固态岩壳形成的时间。

令人惊讶的是，这些古老岩石显示出曾暴露于液态海洋的痕迹。换句话说，一旦地球冷却到足以在岩浆上形成外壳，海洋就出现了。

但那个海洋与今天大相径庭。冥古宙早期的大气充满二氧化碳，而且极其浓厚，压力可能高达215巴，相当于现在的215倍。

在如此高压与高温下，地表环境十分怪异。今天水在100摄氏度沸腾，但压力改变会改变沸点——比如珠峰顶上气压只有海平面的三分之一，水在68摄氏度就会沸腾。

而冥古宙的情况正相反：大气如此浓厚，以至于地表温度达到230摄氏度时水仍不沸腾。所以地球最初的海洋是一片超高温海洋。

幸运的是这种状态并未持久。到冥古宙末期，也就是约40亿年前，地球表面已和今天相当接近：岩质地壳、液态而非超高温的海洋，以及和今天压力大致相同的大气。

至此，从陨石到岩浆、到大气、再到超高温海洋，似乎就是地球水的完整故事。但这个故事有一个重大问题：球粒陨石中水和氢的化学组成，与地球上大多数水——尤其是岩石中所含水——的化学组成并不吻合。

这里所说的"化学组成"指的是氢的同位素。

氢有两种重要同位素：普通氢（一个质子、一个电子）和氘（多一个中子，因此更重）。

太阳系中的氘大多在大爆炸时期就已形成，是球粒陨石的重要组成——它们富含这种"重氢"。地球的海洋也相对偏重，但现代海洋并不能很好地代表早期水：既不是230摄氏度，也在地表经历了44亿年的变化。

要了解44亿年前液态水的真实面貌，反而需要研究岩石中封存的水。当地球岩浆海洋冷却到形成固态岩壳时，并非所有水都逸入了大气，大量被封存在地下的"地幔"层中。

随着时间推移，板块构造运动把部分地幔物质推上地表，科学家由此分析了地幔岩石中氢的组成，结果发现它比海水中的氢轻得多。这就引出一个难题：如果球粒陨石都是重氢，为何岩石里却有如此轻的水？

科学家确实发现了一种名为"顽辉石陨石"（enstatite）的特殊陨石含有较轻的氢，但多数人认为这类陨石数量不足以解释差异。

2021年，科学家报告了从一颗小行星采集的样本，可能给出了答案：样本中含有异常高比例的轻氢。为了验证他们对氢来源的推测，研究人员在实验室里模拟了相应过程。

他们在用相当于太阳风的粒子轰击橄榄石晶体之前和之后，分别测量了其中的氢与水含量。结果发现，就像小行星样本一样，橄榄石表面积累了一层由轻氢构成的水。

那么这些轻水从何而来？它之所以"轻"，是因为它来自太阳。太阳风会喷出大量粒子，包括质子。

当这些质子击中沿途的尘埃时，有时会俘获一个电子——一个质子加一个电子就是轻氢。将这种轻氢撞入含氧的岩石中，就形成了轻水。

更现实的情形是，这些氢离子嵌入局部的太空尘埃或陨石中，当它们落到地球时，便把轻水带入了岩浆海洋，并最终被封存在地幔里。

所以地球水的故事相当复杂：冥古宙期间，我们积累了轻水并将其储存在构成地幔的岩石中；而陨石持续坠落，使海洋最终充满了更重的水。

今天我们饮用的水，经历了相当漫长的旅程，而且并非来自同一个源头——它来自太空，由陨石与被太阳炙烤过的尘埃共同贡献，熔入岩浆后蒸发升腾，再降落形成超高温水洼，最终冷却到足以孕育生命。

换言之，我们之所以能存在，归根结底要感谢太空尘埃和天上的"小石子"。